強化ゴムの超音波調製
- 強化ゴムは、より高い引張強度、伸び、耐摩耗性、およびより優れた老化安定性を示します。
- カーボンブラック(CNT、MWNTなど)、グラフェン、シリカなどのフィラーは、必要な材料特性を提供するために、マトリックス中に均一に分散させる必要があります。
- パワー超音波は、非常に強化的な特性を持つ単分散ナノ粒子の優れた分布品質を提供します。
超音波分散液
超音波は、単分散ナノ粒子およびナノチューブなどのナノ材料を分散させるために広く採用されています、なぜなら超音波は粒子およびチューブの分離および機能化を大いに強化するからです。
超音波分散装置は、 キャビテーション また、ナノ粒子やナノチューブを破壊、解凝集、絡み合い、分散させるための高せん断力。超音波処理の強度は、ナノ材料の濃度、凝集、および整列/絡み合いを考慮に入れて、超音波処理パラメータが完全に適合するように正確に調整および制御することができる。これにより、ナノ材料をその特定の材料の要件に応じて最適に処理することができます。個別に調整された超音波プロセスパラメータによる最適な分散条件により、ナノ添加剤およびフィラーの優れた補強特性を有する高品質の最終ゴムナノ複合材料が得られる。
超音波の優れた分散品質とそれによって達成された均一な分散により、非常に低いフィラー負荷で優れた材料特性を得ることができます。
超音波カーボンブラック強化ゴム
カーボンブラックは、ゴム材料に耐摩耗性と引張強度を与えるために、特にタイヤ用のゴムの最も重要なフィラーの1つです。カーボンブラック粒子は、均一に分散するのが難しい凝集体を形成する傾向があります。カーボンブラックは、塗料、エナメル、印刷インキ、ナイロンおよびプラスチックの着色料、ラテックス混合物、ワックス混合物、写真コーティングなどに一般的に使用されています。
超音波分散は、粒子の非常に高い単分散性と均一に解凝集および混合することを可能にする。
強化複合材料の超音波分散の詳細については、ここをクリックしてください!
超音波CNT- / MWCNT強化ゴム
超音波ホモジナイザーは、プロセスと材料の要件に合わせて正確に制御および調整できる強力な分散システムです。超音波プロセスパラメータの正確な制御は、MWNTやSWNTなどのナノチューブを分散させるために特に重要です。なぜなら、ナノチューブは損傷を受けることなく(例えば、はさみ)ことなく単一のチューブに解きほぐす必要があるからです。損傷を受けていないナノチューブは、高いアスペクト比(最大132,000,000:1)を提供するため、複合材料に配合する際に優れた強度と剛性を発揮します。強力で正確に調整された超音波処理は、ファンデルワールス力を克服し、ナノチューブを分散させ、もつれをほぐし、優れた引張強度と弾性率を備えた高性能ゴム材料をもたらします。
その上 超音波機能化 は、マニホールド用途に使用できる望ましい特性を達成するために、カーボンナノチューブを改質するために使用されます。
超音波ナノシリカ強化ゴム
超音波分散機は、シリカ(SiO2)ゴムポリマー溶液中のナノ粒子。シリカ(SiO2)ナノ粒子は、重合したスチレンブタジエンおよび他のゴム中に単分散粒子として均一に分布しなければならない。モノ分散ナノSiO2 補強剤として機能し、靭性、強度、伸び、曲げ、アンチエイジング性能を大幅に向上させます。ナノ粒子の場合、粒子サイズが小さいほど、粒子の比表面積は大きくなります。表面積/体積(S / V)比が高いほど、構造効果と補強効果が向上し、ゴム製品の引張強度と硬度が向上します。
シリカナノ粒子の超音波分散は、球形の形態、正確に調整された粒子サイズ、および非常に狭いサイズ分布が得られるように、プロセスパラメータを正確に制御することを可能にする。
超音波分散シリカは、それによって強化ゴムの最高の材料性能をもたらします。
SiOの超音波分散の詳細については、ここをクリックしてください2!
強化添加剤の超音波分散
超音波処理は、ゴム複合材料の弾性率、引張強度、および疲労特性を改善するために、他の多くのナノ粒子化材料を分散させることが証明されています。フィラーおよび補強添加剤の粒子サイズ、形状、表面積および表面活性はそれらの性能にとって重要であるため、強力で信頼性の高い超音波分散器は、マイクロおよびナノサイズの粒子をゴム製品に配合するために最も頻繁に使用される方法の1つです。
ゴムマトリックス中に均一に分布または単分散粒子として超音波処理によって組み込まれる典型的な添加剤および充填剤は、炭酸カルシウム、カオリン粘土、ヒュームドシリカ、沈殿シリカ、酸化グラファイト、グラフェン、マイカ、タルク、バライト、ウォラストナイト、沈殿ケイ酸塩、ヒュームドシリカおよび珪藻土である。
オレイン酸がTiOを官能基化した場合2 ナノ粒子は、スチレン - ブタジエンゴム、さらにはごく少量のオレイン酸 - SiO中に超音波で分散されます2 その結果、弾性率、引張強度、疲労特性が大幅に向上し、光劣化や熱劣化に対する保護剤として機能します。
- アルミナ三水和物(Al2O3)は、難燃剤として添加され、熱伝導率を向上させ、耐トラッキング性と耐エロージョン性を向上させます。
- 酸化亜鉛(ZnO)フィラーは、比誘電率と熱伝導率を増加させます。
- 二酸化チタン(TiO2)は、熱伝導率と電気伝導率を向上させます。
- 炭酸カルシウム(CaCO3)は、その機械的、レオロジー的、および難燃性により、添加剤として使用されます。
- チタン酸バリウム(BaTiO3)は熱安定性を高めます。
- グラフェン 酸化グラフェン(GO)は、優れた機械的、電気的、熱的、光学的材料特性を提供します。
- カーボンナノチューブ (CNT)は、引張強度、電気伝導性、熱伝導率などの機械的特性を大幅に向上させます。
- 多層カーボンナノチューブ(MWNT)は、ヤング率と降伏強度を改善します。例えば、MWNTをエポキシにわずか1重量%溶かし込むと、純粋なマトリックスと比較して、ヤング率と降伏強度がそれぞれ100%と200%増加します。
- 単層カーボンナノチューブ (SWNT)は、機械的特性と熱伝導率を向上させます。
- カーボンナノファイバー(CNF)は、強度、耐熱性、耐久性を高めます。
- ニッケル、鉄、銅、亜鉛、アルミニウムなどの金属ナノ粒子 銀 電気伝導率と熱伝導率を向上させるために添加されます。
- などの有機ナノ材料 モンモリロ ナイト 機械的特性と難燃性を向上させます。
超音波分散システム
ヒールシャー超音波は、超音波機器の幅広い製品範囲を提供しています – 実現可能性試験用の小型ベンチトップシステムからヘビーデューティーまで 工業用超音波装置ユニット 最大で 16kW/台.パワー、信頼性、正確な制御性だけでなく、それらの堅牢性は、ヒールシャーの超音波分散システムを作る “働き馬” ミクロンおよびナノ粒子状製剤の生産ラインで。当社の超音波装置は、水系および溶剤ベースの分散液を 高粘度(最大10,000cp) 簡単に。さまざまなソノトロード(超音波ホーン)、ブースター(インテンシファイア/リデューサー)、フローセルの形状、およびその他のアクセサリにより、製品とそのプロセス要件に超音波分散機を最適に適合させることができます。
Hielscher Ultrasonics’ 産業用超音波プロセッサは、非常に 高振幅.最大200μmの振幅を24/7操作で迅速に連続運転できます。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソノトロードが利用可能です。ヒールシャーの超音波装置の堅牢性は、 24/7 での操作 ヘビーデューティ そして要求の厳しい環境で。ヒールシャーの超音波分散機は、大規模な商業生産のために世界中に設置されています。
バッチボリューム | 流量 | 推奨デバイス |
---|---|---|
10〜2000mL | 20〜400mL/分 | UP200HTの, UP400セント |
0.1〜20L | 0.2 から 4L/min | UIP2000hdT |
10〜100L | 2〜10L/分 | UIP4000 |
N.A. | 10〜100L/min | UIP16000 |
N.A. | 大きい | クラスタ UIP16000 |
文献/参考文献
- Bitenieks, Juris; Meria, Remo Merijs; Zicans, Janis; Maksimovs, Roberts; Vasilec, Cornelia; Musteata, Valentina Elena (2012): Styrene–acrylate/carbon nanotube nanocomposites: mechanical, thermal, and electrical properties. Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, 2012, 61, 3, 172–177.
- Kaboorani, Alireza; Riedl, Bernard; Blanchet, Pierre (2013): Ultrasonication Technique: A Method for Dispersing Nanoclay in Wood Adhesives. Journal of Nanomaterials 2013.
- Momen, G.; Farzaneh, M. (2011): Survey of Micro/Nano Filler Use to improve Silicone Rubber For Outdoor Insulators. Review of Advanced Materials Science 27, 2011. 1-3.
- Sharma, S.D.; Singh, S. (2013): Synthesis and Characterization of Highly Effective Nano Sulfated Zirconia over Silica: Core-Shell Catalyst by Ultrasonic Irradiation. American Journal of Chemistry 2013, 3(4): 96-104.
知っておく価値のある事実
合成ゴム
合成ゴムは、任意の人工エラストマーです。合成ゴムは、主に石油副産物から合成されるポリマーであり、他のポリマーと同様に、さまざまな石油ベースのモノマーから製造されます。最も一般的な合成ゴムは、スチレンと1,3-ブタジエンの共重合に由来するスチレンブタジエンゴム(SBR)です。他の合成ゴムは、イソプレン(2-メチル-1,3-ブタジエン)、クロロプレン(2-クロロ-1,3-ブタジエン)、およびイソブチレン(メチルプロペン)から調製され、架橋用のイソプレンの割合がわずかです。これらのモノマーと他のモノマーは、さまざまな比率で混合して共重合し、さまざまな物理的、機械的、化学的特性を持つ製品を製造することができます。モノマーは純粋に製造でき、不純物や添加剤の添加は、最適な特性を与えるために設計によって制御できます。純粋なモノマーの重合は、シスおよびトランス二重結合を所望の割合で得るために、より適切に制御することができます。
合成ゴムは、天然ゴムと同様に、自動車業界でタイヤ、ドアや窓のプロファイル、ホース、ベルト、マット、フローリングに広く使用されています。
天然ゴム
天然ゴムは、インドゴムまたはカウチュークとしても知られています。天然ゴムはエラストマーに分類され、主に有機化合物ポリ-シス-イソプレンと水のポリマーで構成されています。タンパク質、汚れなどの不純物が微量に含まれています。ゴムの木からラテックスとして得られる天然ゴム ヘベア・ブラジリエンシスは、優れた機械的特性を示しています。しかし、合成ゴムと比較して、天然ゴムは、特にその熱安定性と石油製品との適合性に関して、材料性能が低くなっています。天然ゴムには、単独で、または他の材料と組み合わせて、幅広い用途があります。ほとんどの場合、ストレッチ率が大きく、弾力性が高く、水密性が非常に高いために使用されます。ゴムの融点は約180°C(356°F)です。
以下の表は、さまざまな種類のゴムの概要を示しています。
磯 | 技術名称 | 俗称 |
---|---|---|
ACMの | ポリアクリレートゴム | |
AEMの | エチレンアクリレートゴム | |
天文単位 | ポリエステルウレタン | |
BIIRの | ブロモイソブチレンイソプレン | ブロモブチル |
BRの | ポリブタジエン | ブナCB |
CIIRの | クロロイソブチレンイソプレン | クロロブチル、ブチル |
CRの | ポリクロロプレン | クロロプレン、ネオプレン |
CSMの | クロロスルホン化ポリエチレン | ハイパロン |
環境 | エピクロルヒドリン | ECO、エピクロロヒドリン、エピクロロ、エピクロリドリン、ヘルクロール、ヒドリン |
EPの | エチレンプロピレン | |
EPDMの | エチレンプロピレンジエンモノマー | EPDM、ノルデル |
欧州連合 | ポリエーテルウレタン | |
FFKMの | パーフルオロカーボンゴム | カルレッツ、ケムラツ |
FKMの | フッ素化炭化水素 | バイトン、フルオレル |
エフエムq | フルオロシリコーン | FMQ、シリコーンゴム |
FPMの | フルオロカーボンゴム | |
HNBRの | 水素化ニトリルブタジエン | HNBRの |
IR関連 | ポリイソプレン | (合成)天然ゴム |
IIRの | イソブチレンイソプレンブチル | ブチル |
NBRの | アクリロニトリルブタジエン | NBR、ニトリル、ペルブナン、ブナN |
PUの | ポリウレタン | PU製、ポリウレタン製 |
SBRの | スチレンブタジエン | SBR、ブナ-S、GRS、ブナVSL、ブナSE |
SEBSの | スチレンエチレンブチレンスチレン共重合体 | SEBSラバー |
Si | ポリシロキサン | シリコーンゴム |
VMQの | ビニルメチルシリコーン | シリコーンゴム |
XNBRの | アクリロニトリルブタジエンカルボキシモノマー | XNBR、カルボキシル化ニトリル |
XSBRの | スチレンブタジエンカルボキシモノマー | |
YBPOの | 熱可塑性ポリエーテルエステル | |
YSBRの | スチレンブタジエンブロック共重合体 | |
YXSBRの | スチレンブタジエンカルボキシブロック共重合体 |
SBRの
スチレン-ブタジエンまたはスチレン-ブタジエンゴム(SBR)は、スチレンとブタジエンに由来する合成ゴムを表します。強化スチレンブタジエンは、その高い耐摩耗性と優れたアンチエイジング特性を特徴としています。スチレンとブタジエンの比率がポリマーの特性を決定します:スチレン含有量が高いと、ゴムはより硬くなり、ゴム状になります。
非強化SBRの限界は、補強なしの強度の低さ、弾力性の低さ、引裂強度の低さ(特に高温時)、および粘着性の悪さが原因です。そのため、SBRの特性を向上させるためには、補強剤や充填剤が必要です。例えば、カーボンブラックフィラーは、強度と耐摩耗性を重んじて使用されています。
スチレン
スチレン(C8H8)は、エテニルベンゼン、ビニルベンゼン、フェニルエチレン、シンナメン、スチロール、ダイアレックスHF77、スチロレン、およびスチロポールなどのさまざまな用語で知られています。化学式Cの有機化合物です6H5CH=CH2.スチレンは、ポリスチレンおよびいくつかの共重合体の前駆体です。
ベンゼン誘導体であり、無色の油性液体として現れ、蒸発しやすいです。スチレンは甘い香りがしますが、高濃度で不快でない臭いに変わります。
ビニル基の存在下では、スチレンはポリマーを形成します。スチレンベースのポリマーは、ポリスチレン、ABS、スチレンブタジエン(SBR)ゴム、スチレンブタジエンラテックス、SIS(スチレンイソプレンスチレン)、S-EB-S(スチレンエチレン/ブチレン-スチレン)、スチレン-ジビニルベンゼン(S-DVB)、スチレン-アクリロニトリル樹脂(SAN)、および樹脂および熱硬化性化合物に使用される不飽和ポリエステルなどの製品を得るために商業的に製造されています。これらの材料は、ゴム、プラスチック、断熱材、ガラス繊維、パイプ、自動車およびボート部品、食品容器、カーペットの裏地の製造にとって重要なコンポーネントです。
ゴム用途
ゴムには、強度、長持ち、耐水性、耐熱性など、多くの材料特性があります。これらの特性により、ゴムは非常に用途が広く、多くの産業で使用されています。ゴムの主な用途は自動車産業で、主にタイヤ製造に使用されています。滑りにくく、柔らかさ、耐久性、弾力性などのさらなる特性により、ゴムは靴、床材、医療およびヘルスケア用品、家庭用品、玩具、スポーツ用品、その他多くのゴム製品の製造に使用される非常に頻繁な複合材料となっています。
ナノ添加剤およびフィラー
ゴム中のナノサイズの充填剤および添加剤は、引張強度、耐摩耗性、耐引裂性、ヒステリシスを改善し、ゴムの光劣化および熱劣化から保護するための補強剤および保護剤として機能します。
シリカ
シリカ(SiO2、二酸化ケイ素)は、アモルファスシリカ、例えばヒュームドシリカ、シリカフューム、沈殿シリカなどの多くの形態で使用され、動的機械的特性、熱老化抵抗、および形態に関する材料特性を改善します。シリカ充填化合物は、フィラー含有量の増加に対して、それぞれ粘度および架橋密度の増加を示します。シリカフィラーの量を増やすことで、硬度、弾性率、引張強度、摩耗特性を徐々に改善していきました。
カーボンブラック
カーボンブラックは、化学吸着された酸素錯体(カルボン酸基、キノン酸基、ラクトン基、フェノール基など)が表面に付着したパラクリスタルカーボンの一種です。これらの表面酸素基は、通常、 “揮発性錯体”.この揮発性含有量のため、カーボンブラックは非導電性材料です。炭素-酸素錯体を使用すると、官能化カーボンブラック粒子が分散しやすくなります。
カーボンブラックは表面積と体積の比率が高いため、一般的な補強用フィラーとなっています。引張強度と耐摩耗性が不可欠なほとんどすべてのゴム製品は、カーボンブラックを使用しています。沈殿またはヒュームドシリカは、ゴムの補強が必要であるが、黒色を避ける必要がある場合に、カーボンブラックの代替品として使用されます。しかし、シリカ系フィラーは、カーボンブラックを充填したタイヤに比べて転がり損失が少ないため、自動車用タイヤでもシェアを伸ばしています。
タイヤに採用されているカーボンブラックタイプの概要は、以下の表の通りです
名前 | 略称です。 | ASTMの | 粒子サイズnm | 引張強度 MPa | 相対的な実験室の摩耗 | 相対的なロードウェアの摩耗 |
---|---|---|---|---|---|---|
スーパーアブレーション炉 | SAFの | N110 | 20–25 | 25.2 | 1.35 | 1.25 |
中級SAF | ISAFの | N220の | 24–33 | 23.1 | 1.25 | 1.15 |
高摩耗炉 | HAFの | N330さん | 28–36 | 22.4 | 1.00 | 1.00 |
簡単な処理チャネル | EPCの | N300の | 30–35 | 21.7 | 0.80 | 0.90 |
高速押出炉 | FEFの | N550の | 39–55 | 18.2 | 0.64 | 0.72 |
高弾性炉 | HMFの | N660の | 49–73 | 16.1 | 0.56 | 0.66 |
半補強炉 | SRFの | N770の | 70–96 | 14.7 | 0.48 | 0.60 |
ファインサーマル | フィート | N880さん | 180–200 | 12.6 | 0.22 | – |
ミディアムサーマル | 山 | N990さん | 250–350 | 9.8 | 0.18 | – |
酸化グラフェン
SBRに酸化グラフェンを分散させることで、高い引張強度と引裂強度、優れた耐摩耗性、低転がり抵抗性を実現し、タイヤ製造において重要な材料特性となっています。酸化グラフェン-シリカ強化SBRは、環境に優しいタイヤ製造だけでなく、高性能ゴム複合材料の製造にも競争力のある選択肢を提供します。グラフェンおよび酸化グラフェンは、超音波処理下で成功裏に、確実にそして容易に剥離することができる。 グラフェンの超音波製造の詳細については、ここをクリックしてください!